ОГНЕУПОРНАЯ ПЛАСТИЧНАЯ МАССА Российский патент 2014 года по МПК C04B35/18 C04B35/66 

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, в частности к производству огнеупорных пластичных масс, предназначенных для уплотнения зазора между футеровкой сталеразливочного ковша и обортовкой кожуха ковша, уплотнений в стыках огнеупорной кладки тепловых агрегатов, ремонта и восстановления разрушенных участков огнеупорной кладки.

Известны огнеупорные пластичные массы, содержащие алюмосиликатный заполнитель, огнеупорную глину и пластификатор ( см, например, изобретения по патенту RU 2235081 C04B 35/16, C04B 35/66, 2007 [1], а.с. СССР №532589, C04B 35/10, 1976 г. [2]; №414235, C04B 35/68, 1974 г.) [3].

Наиболее близкой к патентуемой по сущности технического решения и достигаемому эффекту является огнеупорная пластичная масса по патенту RU 2235081 C04B 35/16, C04B 35/66, 2007 [1].

Она содержит, мас.%: 10,0-15,0 огнеупорную глину; 0,3-0,7 ПАВ (сульфонат); 0,2-0,5 карбоксиметилцеллюлозу, 1,0-3,0 пластификатор, алюмосиликатный заполнитель - остальное.

Положительными свойствами огнеупорной пластичной массы по прототипу являются оптимальная пластичность и высокая прочность.

Недостатками известной массы являются повышенная пористость, значительная усадка при эксплуатации и нестабильность свойств при хранении и транспортировании в условиях низких температур.

Задачей настоящего изобретения является создание огнеупорной пластичной массы, обладающей низкой пористостью, малой усадкой и устойчивостью к воздействию низких температур, при сохранении положительных свойств прототипа.

Технический результат состоит в снижении пористости, уменьшении усадки в службе, а также обеспечении возможности хранения и транспортирования огнеупорной пластичной массы в условиях низких температур.

Для достижения этого согласно формуле изобретения, огнеупорная пластичная масса дополнительно содержит смесь термореактивной и термопластичной фенольных смол и этиленгликоля в соотношении, мас.%: 49-53 - фенольную смолу термореактивную, 30-33 фенольную смолу термопластичную, 17-21 - этиленгликоль, а алюмосиликатный заполнитель имеет следующий фракционный состав, мас.%: 43-48 фр. 0-3,0 мм, 52-57 фр. менее 0,1 мм, при следующем соотношении компонентов, мас.%: 8,0-10,0 указанная смесь фенольных смол и этиленгликоля, 0,7-1,5 ПАВ, 2,0-4,0 пластификатор, 8,0-10,0 огнеупорная глина, указанный алюмосиликатный заполнитель - остальное.

Сущность изобретения состоит в том, что введенные в состав огнеупорной пластичной массы фенольные смолы, имеющие высокий коксовый остаток и обладающие значительной степенью полимеризации, при коксовании образуют углеродистую матрицу (коксовый каркас), связывающую частицы остальных компонентов массы. Сочетание термореактивной и термопластичной фенольных смол в указанном соотношении, где термореактивный компонент выполняет функцию отвердителя для термопластичной фенольной смолы, формирует более плотную структуру коксового каркаса и в комплексе с использованием рационального с точки зрения наилучшей упаковки частиц фракционного состава алюмосиликатного заполнителя позволяет получить огнеупор, имеющий низкопористую структуру, за счет максимально плотной упаковки зерен заполнителя и оптимального распределения связующей углеродистой матрицы в межзеренном пространстве, при обеспечении необходимой механической прочности. Заявленные пределы вышеуказанных компонентов подобраны экспериментальным путем.

Фенольные смолы, характеризующиеся хорошими реологическими свойствами и адгезией к частицам заполнителя, при смешении массы обволакивают зерна заполнителя, проникая в поры, микропустоты и по плоскостям спайности заполнителя, за счет чего обеспечивается высокая степень однородности массы и снижение открытой пористости.

Кроме того, продукты реакции полимеризации фенольных смол адсорбируются на поверхности частиц заполнителя, образуя эластичную прослойку и снижая тем самым поверхностное натяжение на границе раздела фаз, что придает массе требуемую пластичность.

Введение в состав массы фенольных смол в указанных количествах позволяет уменьшить потребляемое при приготовлении массы количество воды и тем самым значительно снизить степень усадки массы при высокотемпературном воздействии.

Добавление этиленгликоля в заявленных пределах позволяет сохранять свойства огнеупорной пластичной массы при транспортировке и хранении ее в условиях низких температур.

Кроме того, этиленгликоль является растворителем термореактивной фенольной смолы, а также способствует образованию однородной структуры при перемешивании компонентов массы.

При введении вышеуказанной смеси термореактивной и термопластичной фенольных смол и этиленгликоля менее 8,0 мас.% происходит снижение механической прочности и пластичности массы, не обеспечивается ее необходимая связность.

Введение вышеуказанной смеси термореактивной и термопластичной фенольных смол и этиленгликоля более 10,0 мас.% способствует чрезмерной пластичности массы, затрудняющей ее брикетирование и эксплуатацию.

При изменении указанного фракционного состава алюмосиликатного заполнителя нарушается оптимальный зерновой состав огнеупорной пластичной массы, что ведет к увеличению пористости массы и снижению ее служебных характеристик.

В качестве заполнителя в предлагаемой массе могут быть использованы алюмосиликатные обожженные заполнители, например боксит, корунд и т.д., имеющие различную пористость, что является дополнительным преимуществом патентуемой массы благодаря высокой проникающей способности и хорошим адгезионным свойствам к частицам заполнителя фенольных смол, входящих в ее состав.

Примеры составов огнеупорной пластичной массы указаны в таблице 1.

Применяемые материалы: фенольная термореактивная смола марки СФН-1 (ТУ 2221-354-00203447-98), фенольная термопластичная смола марки БЖ-1 (ГОСТ 4559-78), огнеупорная глина марки НУ-2 (ТУ 14-8-336-80), ПАВ - сульфонат-порошок (ТУ 2481-237-05763458-98), пластификатор - масло ПН-6ш (ТУ 38.1011217-89), алюмосиликатный заполнитель - обожженный боксит фракции 0-3,0 мм.

Для получения огнеупорной пластичной массы использовали указанные компоненты в количествах, приведенных в формуле изобретения. Алюмосиликатный заполнитель и огнеупорную глину дозируют и загружают в смеситель, смешивают в сухом состоянии, далее при перемешивании вводят ПАВ. После смешения сырьевых материалов в течение нескольких минут в смеситель подают водяной пар в количестве 1-2 мас.%, затем вводят предварительно подготовленное органическое связующее, включающее смесь фенольных смол, этиленгликоля и пластификатора, с последующим перемешиванием всех компонентов. Готовую огнеупорную пластичную массу выгружают из смесителя и с помощью вакуум-пресса брикетируют, после чего упаковывают в полиэтиленовую пленку.

Водяной пар активирует действие поверхностно-активного вещества, способствующего равномерному распределению органического связующего относительно частиц заполнителя, обеспечивая связность и пластичность массы.

Свойства огнеупорной пластичной массы приведены в таблице 2.

Как видно из таблицы, заявленная масса по сравнению с прототипом имеет более низкую пористость, меньшую усадку при сохранении требуемых показателей механической прочности и пластичности.

Определение показателей свойств огнеупорной пластичной массы проводили:

открытую пористость по ГОСТ 2409-95;

предел прочности при сжатии по ГОСТ 4071.1-94;

остаточные изменения размеров при нагреве по ГОСТ 5402.1-2000.

Коэффициент пластичности определяли по методике МВИ 202-39-01, основанной на измерении изменения высоты образца после приложения нагрузки при 25°C.

Таким образом, создана устойчивая к воздействию низких температур огнеупорная пластичная масса, обладающая малой усадкой, необходимой механической прочностью и достаточной пластичностью, имеющая низкую открытую пористость, что способствует повышению шлакоустойчивости и увеличению эксплуатационной стойкости массы.

Источники информации:

1. Патент RU 2235081 C04B 35/16, C04B 35/66, 2007 г. [1];

2. А.с. СССР №532589, C04B 35/10, 1976 г. [2];

3. А.с. СССР №414235, C04B 35/68, 1974 г. [3].

Таблица 1 Составы огнеупорной пластичной массы Компоненты массы Заявляемый состав Известный состав Содержание, мас.% 1 2 3 4 Смесь фенольных смол и этиленгликоля (мас.%: 51 фенольная смола термореактивная, 31 фенольная смола термопластичная, 18 этиленгликоль) 8,0 9,0 10,0 - Огнеупорная глина НУ-2 8,0 9,0 10,0 10,0 ПАВ (сульфонат) 1,0 1,0 1,0 0,3 Пластификатор (масло ПН-6ш) 4,0 3,0 2,0 3,0 Алюмосиликатный заполнитель: обожженный боксит фр.0-3,0 мм 79,0 78,0 77,0. 86,2 Карбоксиметилцеллюлоза - - - 0,5

Таблица 2 Свойства огнеупорной пластичной массы Показатели Заявляемый состав Известный состав 1 2 3 4 Открытая пористость, % 16,1 13,8 15,5 20,0 Предел прочности при сжатии (после термообработки образцов при 1000°C), МПа 21,0 23,7 22,0 21,5 Остаточные изменения размеров при нагреве (усадка), % 0,18 0,15 0,16 0,26 Коэффициент пластичности, % 30,0 25,6 23,1 20,0

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к огнеупорным пластичным массам, предназначенным для уплотнения зазора между футеровкой сталеразливочного ковша и обортовкой кожуха ковша и в стыках огнеупорной кладки тепловых агрегатов, ремонта и восстановления разрушенных участков огнеупорной кладки. Масса содержит алюмосиликатный заполнитель, ПАВ, пластификатор, огнеупорную глину и дополнительно смесь термореактивной и термопластичной фенольных смол и этиленгликоля в соотношении, мас.%: фенольная смола термореактивная 49-53, фенольная смола термопластичная 30-33, этиленгликоль 17-21. при следующем соотношении компонентов огнеупорной пластичной массы, мас.%: смесь фенольных смол и этиленгликоля 8,0-10,0, ПАВ 0,7-1,5, пластификатор 2,0-4,0, огнеупорная глина 8,0-10,0, алюмосиликатный заполнитель - остальное. Указанный заполнитель имеет следующий фракционный состав, мас.%: 43-48 фр. 0-3,0 мм, 52-57 фр. менее 0,1 мм. Масса обладает пониженной открытой пористостью, малой усадкой при эксплуатации и устойчивостью к воздействию низких температур. 2 табл.

Огнеупорная пластичная масса, содержащая алюмосиликатный заполнитель, огнеупорную глину, ПАВ и пластификатор, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит смесь термореактивной и термопластичной фенольных смол и этиленгликоля в соотношении, мас.%: 49-53 фенольная смола термореактивная, 30-33 фенольная смола термопластичная, 17-21 этиленгликоль, а алюмосиликатный заполнитель имеет следующий фракционный состав, мас.%: 43-48 фр. 0-3,0 мм, 52-57 фр. менее 0,1 мм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
указанная смесь фенольных смол и этиленгликоля 8,0-10,0 ПАВ 0,7-1,5 пластификатор 2,0-4,0 огнеупорная глина 8,0-10,0 указанный алюмосиликатный заполнитель остальное